32,6% – нафта та нафтопродукти. 30,0% – вугілля. 23,7% – газ. Трійка лідерів серед джерел енергії, якими постачає людство, виглядає саме так. Зоряні кораблі та «зелена» планета все ще так само далекі, як «далека-далека галактика».
Рух до альтернативної енергетики, звичайно, є, але він настільки повільний, що можна сподіватися на прорив – поки що ні. Давайте будемо чесними: наступні 50 років викопне паливо освітлюватиме наші домівки.
Розвиток альтернативної енергетики йде повільно, як чопорний джентльмен по набережній Темзи. Сьогодні про нетрадиційні джерела енергії написано набагато більше, ніж зроблено для їх розвитку та впровадження в побут. Але в цьому напрямку є 3 визнаних «мастодонта», які тягнуть за собою решту колісниці.
Атомна енергетика тут не розглядається, тому що питання про її прогресивність і доцільність розвитку можна дискутувати дуже довго.
Нижче будуть наведені показники потужності станцій, тому для аналізу значень введемо точку відліку: найпотужнішою електростанцією в світі є АЕС Касівадзакі-Каріва (Японія). Який має потужність 8,2 ГВт.
Енергія повітря: вітер на службі людини
Основним принципом вітроенергетики є перетворення кінетичної енергії рухомих повітряних мас в теплову, механічну або електричну.
Вітер є результатом різниці тиску повітря на поверхні. Тут реалізований класичний принцип «судин, що сполучаються», тільки в глобальному масштабі. Уявіть собі 2 точки – Москва і Санкт-Петербург. Якщо температура в Москві вище, то повітря нагрівається і піднімається вгору, залишаючи низький тиск і зменшену кількість повітря в нижніх шарах. При цьому в Петербурзі високий тиск і достатньо повітря «знизу». Тому маси починають текти в бік Москви, адже природа завжди прагне до рівноваги. Так утворюється потік повітря, який називають вітром.
Цей рух несе в собі величезну енергію, яку інженери прагнуть вловити.
Сьогодні 3% світового виробництва енергії припадає на вітрові турбіни, і потужність зростає. У 2016 році встановлена потужність ВЕС перевищила потужність АЕС. Але є 2 особливості, які обмежують розвиток напрямку:
1. Встановлена потужність - максимальна робоча потужність. І якщо атомні електростанції працюють на такому рівні майже весь час, то вітрові електростанції рідко досягають таких показників. ККД таких станцій становить 30-40%. Вітер вкрай нестійкий, що обмежує застосування в промислових масштабах.
2. Розміщення ВЕС раціонально в місцях постійних вітрових потоків – так можна забезпечити максимальну ефективність установки. Локалізація генераторів істотно обмежена.
Енергетика вітру сьогодні може розглядатися лише як додаткове джерело енергії в поєднанні з постійними, такими як атомні електростанції та станції, що працюють на горючому паливі.
Вперше вітряні млини з’явилися в Данії – їх привезли сюди хрестоносці. Сьогодні в цій скандинавській країні 42% енергії виробляють вітрові електростанції.
Майже завершено проект будівництва штучного острова в 100 км від узбережжя Великої Британії. У Dogger Bank створять принципово новий проект – на 6 км2 буде встановлено багато вітрових турбін, які будуть передавати електроенергію на материк. Це буде найбільша вітроелектростанція у світі. Сьогодні це Ганьсу (Китай) потужністю 5,16 ГВт. Це комплекс вітрогенераторів, який з кожним роком розростається. Плановий показник – 20 ГВт.
І трохи про вартість.
Середні вартісні показники виробленої 1 кВт*год енергії:
─ вугілля 9-30 центів;
─ вітер 2,5-5 центів.
Якщо можна вирішити проблему із залежністю від вітроенергетики і таким чином підвищити ефективність ВЕС, то у них великий потенціал.
Сонячна енергія: двигун природи – двигун людства
Принцип виробництва заснований на зборі і розподілі тепла від сонячних променів.
Зараз частка сонячних електростанцій (СЕС) у світовому виробництві енергії становить 0,79%.
Ця енергетика, в першу чергу, асоціюється з альтернативною – перед очима малюються фантастичні поля, покриті великими пластинами з фотоелементами. На практиці рентабельність цього напрямку досить низька. Серед проблем можна виділити порушення температурного режиму над сонячною електростанцією, де відбувається нагрів повітряних мас.
Програми розвитку сонячної енергетики діють у понад 80 країнах. Але в більшості випадків мова йде про допоміжне джерело енергії, тому що рівень виробництва невисокий.
Важливо правильно розмістити потужність, для чого складаються детальні карти сонячної радіації.
Сонячний колектор використовується як для нагріву води для опалення, так і для виробництва електроенергії. Фотоелементи генерують енергію, «вибиваючи» фотони під впливом сонячного світла.
Лідером за виробництвом енергії на сонячних електростанціях є Китай, а за виробленням на душу населення – Німеччина.
Найбільша сонячна електростанція знаходиться на сонячній фермі Topaz, яка знаходиться в Каліфорнії. Потужність 1,1 ГВт.
Існують розробки щодо виведення колекторів на орбіту та збору сонячної енергії, не втрачаючи її в атмосфері, але цей напрямок має ще занадто багато технічних перешкод.
Енергія води: використання найбільшого двигуна на планеті
Лідером серед альтернативних джерел енергії є гідроенергетика. 20% світового виробництва енергії припадає на гідроенергію. А серед відновлюваних джерел 88%.
На окремій ділянці річки будується масивна дамба, яка повністю перекриває русло. Вище за течією створюється водосховище, а перепад висот уздовж бортів дамби може досягати сотень метрів. Вода стрімко проходить через дамбу в тих місцях, де встановлені турбіни. Отже, енергія рухомої води обертає генератори і призводить до генерації енергії. Все просто.
З мінусів: велика територія затоплена, порушується біожиття в річці.
Найбільша гідроелектростанція Санься («Три ущелини») в Китаї. Він має потужність 22 ГВт і є найбільшою електростанцією у світі.
Гідроелектростанції поширені в усьому світі, а в Бразилії вони дають 80% енергії. Цей напрямок є найбільш перспективним в альтернативній енергетиці і постійно розвивається.
Малі річки не здатні виробляти велику потужність, тому гідроелектростанції на них розраховані на місцеві потреби.
Використання води як джерела енергії реалізується в кількох основних концепціях:
1. Використання припливів. Технологія багато в чому схожа з класичною ГЕС, з тією лише різницею, що дамба перекриває не русло, а гирло затоки. Вода моря робить добові коливання під впливом тяжіння Місяця, що призводить до циркуляції води через турбіни дамби. Ця технологія реалізована лише в кількох країнах.
2. Використання енергії хвиль. Постійні коливання води у відкритому морі також можуть бути джерелом енергії. Це не тільки проходження хвиль через статично встановлені турбіни, а й використання «поплавців»: але поверхня моря розміщує ланцюжок спеціальних поплавців, всередині яких знаходяться маленькі турбіни. Генератори хвиль обертають і виділяється певна кількість енергії.
Взагалі альтернативна енергетика сьогодні не в змозі стати глобальним джерелом енергії. Але забезпечити більшість об'єктів автономною енергією цілком реально. Залежно від особливостей території, завжди можна підібрати оптимальний варіант.
Для глобальної енергетичної незалежності знадобиться щось принципово нове, як «теорія ефіру» відомого серба.
Без демагогії, дивно, що в 2000-х людство виробляє енергію не набагато прогресивніше паровоза, який фотографували брати Люм'єр. Сьогодні питання енергоресурсів пішло далеко в сферу політики та фінансів, що визначає структуру виробництва електроенергії. Якщо олія світить лампи, значить, вона комусь потрібна...